(57)【要約】  本発明は、ルチルと少なくとも１つのリチウム系化合物とを含有し且つナトリウム長石とカリウム長石とを含有しない外部コーティングによって少なくとも一部囲まれている中心金属コアを含む被覆電極に関する。本発明によれば、電極は、外部コーティングと中心金属コアとの間に配置された少なくとも１つの内部コーティングを含み、上記内部コーティングは、少なくとも１つのナトリウム系化合物および／または少なくとも１つのカリウム系化合物を含有する。ステンレス鋼を溶接するための関連方法。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルチルと少なくとも１つのリチウム系化合物とを含有し且つナトリウム長石とカリウム長石とを含有しない外部コーティングによって少なくとも一部囲まれている中心金属コアを含む被覆電極であって、電極が、前記外部コーティングと前記中心金属コアとの間に配置された少なくとも１つの内部コーティングをさらに含み、前記内部コーティングが、ルチルと少なくとも１つのナトリウム系化合物および／または少なくとも１つのカリウム系化合物を含有することを特徴とする被覆電極。
【請求項２】
請求項１に記載の電極であって、それが単一内部コーティングを含み、前記内部コーティングが、前記中心金属コアの少なくとも一部の上に覆いを形成し、前記外部コーティングが、前記内部コーティングの少なくとも一部の上に覆いを形成することを特徴とする電極。
【請求項３】
前記外部コーティングが、前記外部コーティングの全重量に対して表される各々の化合物の重量パーセンテージ（％）：
−  少なくとも１つのリチウム系アルミノケイ酸塩５〜４５重量％または少なくとも１つのリチウム系アルミノケイ酸塩に由来するリチウム０，２〜３％；
−  Ｎａおよび／またはＫを含有しない少なくとも１つの押出剤；
−  バインダーとしてのケイ酸リチウム；および
−  合金鉄の形態または単独元素の形態の１つまたは複数の金属元素約１０〜５５重量％を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の電極。
【請求項４】
前記外部コーティングがナトリウム系およびカリウム系化合物を含有しないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電極。
【請求項５】
前記外部コーティング中のＮａおよびＫの全比率が、前記外部コーティングの全重量パーセンテージとして表される、０，１４重量％以下、好ましくは０，１２重量％未満、さらに好ましくは０，１重量％未満であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電極。
【請求項６】
前記外部コーティング中のＮａ２ＯおよびＫ２Ｏの全比率が、前記外部コーティングの全重量パーセンテージとして表される、０，３５重量％以下、好ましくは０，３０重量％未満、さらに好ましくは０，２５重量％未満であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電極。
【請求項７】
前記外部コーティングが、前記外部コーティング中の全重量パーセンテージとして表される１〜４％のＬｉ２Ｏ、好ましくは２〜３％のＬｉ２Ｏを含有する請求項１〜６のいずれか一項に記載の電極。
【請求項８】
前記内部コーティングが、前記電極の前記内部コーティングの全重量に対して表される各々の化合物の重量パーセンテージ（％）：
−  少なくとも１つのリチウム系アルミノケイ酸塩５〜３０重量％または少なくとも１つのリチウム系アルミノケイ酸塩に由来するリチウム０，１〜１％；
−  バインダーとしてのケイ酸リチウム；および
−  合金鉄の形態または単独元素の形態の１つまたは複数の金属元素約１０〜５５重量％を含有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の電極。
【請求項９】
前記内部コーティングが、ナトリウム系および／またはカリウム系アルミノケイ酸塩を含有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電極。
【請求項１０】
前記ナトリウム系および／または前記カリウム系アルミノケイ酸塩がスレート粉末であることを特徴とする請求項９に記載の電極。
【請求項１１】
前記内部コーティングが、Ｎａおよび／またはＫを含有する少なくとも１つの押出剤および／または少なくとも１つのアーク開始剤および安定剤を含有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電極。
【請求項１２】
前記内部コーティング中のＮａ２ＯおよびＫ２Ｏの全比率が、前記内部コーティング中の全重量パーセンテージとして表される、０，４重量％以上、好ましくは０，５重量％以上、さらに好ましくは０，６重量％以上であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電極。
【請求項１３】
前記内部コーティング中のＮａ２ＯおよびＫ２Ｏの全比率が、前記内部コーティング中の全重量パーセンテージとして表される、１重量％以下、好ましくは０，９重量％以下、さらに好ましくは０，８重量％以下であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電極。
【請求項１４】
前記内部コーティング中のＮａおよびＫの全比率が、前記内部コーティング中の全重量パーセンテージとして表される、０，１５重量％以上、好ましくは０，２０重量％以上、さらに好ましくは０，２５重量％以上であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の電極。
【請求項１５】
前記内部コーティング中のＮａおよびＫの全比率が、前記内部コーティング中の全重量パーセンテージとして表される、０，４０重量％以下、好ましくは０，３６重量％以下、さらに好ましくは０，３２重量％以下であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の電極。
【請求項１６】
前記内部コーティングが、前記内部コーティング中の全重量パーセンテージとして表される、０，８〜２，５％のＬｉ２Ｏ、好ましくは１〜２％のＬｉ２Ｏを含有することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の電極。
【請求項１７】
前記外部コーティングと前記内部コーティングとの間の重量比が１，５／１〜２，５／１の範囲であり、好ましくは１，９／１以上であることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載の電極。
【請求項１８】
前記外部コーティングおよび／または前記内部コーティングが、前記コーティング中の重量パーセンテージとして表される、以下の比率の前記コーティングを構成するために使用される粉末：
−  ０，８〜１８，５％のＡｌ２Ｏ３、好ましくは２〜１６，５％のＡｌ２Ｏ３、さらに好ましくは３〜１０％のＡｌ２Ｏ３；
−  ５〜４０％のＳｉＯ２、好ましくは９〜３５％のＳｉＯ２、さらに好ましくは１０〜３０％のＳｉＯ２；
−  １５〜４５％のＴｉＯ２、好ましくは２０〜４０％のＴｉＯ２；
−  １，４〜４，２％のＣａＯ、好ましくは２〜３，８％のＣａＯ；
−  １，４〜４，２％のＭｇＯ、好ましくは２〜３，８％のＭｇＯ；および
−  ０，５〜１０％のＣａＦ２、好ましくは１〜８％のＣａＦ２を含有することを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の電極。
【請求項１９】
前記外部コーティングおよび／または前記内部コーティングが、電極コーティング中の全重量パーセンテージとして表される、以下の比率の前記コーティングを構成するために役立つ元素：
−  ０．４〜１０．０％のＡｌ、好ましくは１〜９％のＡｌ；
−  ２，０〜１９，０％のＳｉ、好ましくは４〜１７％のＳｉ；
−  ９，０〜２７，０％のＴｉ、好ましくは１２〜２４％のＴｉ；
−  １〜３，０％のＣａ、好ましくは１，５〜２，５％のＣａ、および
−  ０，８〜２，５％のＭｇ、好ましくは１，２〜２，３％のＭｇを含有することを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一項に記載の電極。
【請求項２０】
以下の工程：
−  金属コアを提供する工程と、
−  前記金属コアの少なくとも一部の周りに内部コーティングの同心押出を実施する工程であって、前記内部コーティングが、ルチルと少なくとも１つのナトリウム系化合物および／または少なくとも１つのカリウム系化合物を含有する工程と、
−  前記内部コーティングの少なくとも一部の周りに外部コーティングの同心押出を実施する工程であって、前記外部コーティングがルチルと少なくとも１つのリチウム系化合物とを含有し且つナトリウム長石とカリウム長石とを含有しない工程と、
−  コートされた金属コアを炉内で焼成する工程とを含む請求項１〜１９のいずれか一項に記載の電極を製造するための方法。
【請求項２１】
電極のための内部コーティングおよび外部コーティングの集成体であって、前記外部コーティングが、前記内部コーティングの少なくとも一部を覆い、前記外部コーティングがルチルと少なくとも１つのリチウム系化合物とを含有し且つナトリウム長石とカリウム長石とを含有せず、前記内部コーティングが、少なくとも１つのナトリウム系化合物および／または少なくとも１つのカリウム系化合物を含有する集成体。
【請求項２２】
溶接される１つまたは複数のステンレス鋼加工物のアーク溶接のための方法であって、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の電極が、前記溶接される１つまたは複数の加工物上に少なくとも１つの溶接継手を製造するために使用される方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、滑らかに溶け、ヒュームが低放出および六価クロム（ＣｒＶＩ）が低放出であり、良い運転性能およびコーティング耐性性能を有する、ルチル型の環境に優しい被覆電極の分野に関し、これらは特に、ステンレス鋼の溶接のために向いている。
【背景技術】
【０００２】
複雑なプロセス、すなわち気化／凝縮／酸化または気化／酸化／凝縮から生じる、溶接作業中に放出されるヒュームは、アーク溶接に伴う毀損物の中に数えられる。したがって、その性質および量が製造工場においてますます大きい関心の的となっている溶接ヒュームは、オペレーターおよび近くで働いている作業員の健康を維持するために、例えばヒューム排出機などの保護システムの使用を必要とする。
【０００３】
一般的な観点から、ステンレス鋼は、その公称クロム含有量が少なくとも１１重量％である鉄合金として定義される。良い耐酸化性および耐蝕性が必要とされる時にその使用は妥当である。ステンレス鋼の中で、鋼のいくつかのサブカテゴリーがあり、すなわち：
−  オーステナイト鋼、おそらく最も広範囲に使用され、米国標準化によるその分類のために名称「３００シリーズ」でしばしば言及され、その組成は、鉄／クロム／ニッケル系をベースとしており、合金中の元素Ｃｒ、Ｎｉ、ＭｎおよびＳｉの全含有量は１６重量％を超える；
−  マルテンサイト鋼；
−  フェライト鋼；
−  二相鋼；
−  析出硬化合金鋼；および
−  鋼超合金。
【０００４】
したがって、ステンレス鋼中の元素クロムの高含有量は、それらが溶接されるとき、溶接ヒューム中の成分粒子が元素クロム、すなわち三価クロム（ＣｒＩＩＩ）、すなわち元素クロムの最も毒性が少ない形態、および／または六価クロム（ＣｒＶＩ）、発癌物質であると考えられるのでヒトに対して高度に毒性であることが公知の形態を含有する高含有量の化合物を含有することを意味する。
【０００５】
ステンレス鋼を溶接する場合、溶接ヒュームから生じて呼吸される空気中に存在している六価クロム元素（ＣｒＶＩ）はこのため、その潜在的な毒性のために特に規制される。
【０００６】
このように、“Ｌｅ  ｃｈｒｏｍｅ  ｄａｎｓ  ｌｅｓ  ｆｕｍｅｅｓ  ｄｅ  ｓｏｕｄａｇｅ  ｄｅｓ  ａｃｉｅｒｓ  ｉｎｏｘｙｄａｂｌｅｓ”、［ステンレス鋼溶接ヒューム中のクロム］、Ｍａｔｅｒｉａｕｘ  ｅｔ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ、Ｎｏ．１−２  ２００２においてＰ．Ｊ．Ｃｕｎａｔによって報告されるように、大抵の国々で実施中の規制は、許容される平均暴露値（ＡＥＶ）が「無害な」ヒューム粒子について５ｍｇ／ｍ３空気であり、そしてヒューム中に含有される元素ＣｒＶＩの平均暴露値が０．０５ｍｇ／ｍ３に等しいこと示すことを知っているので、呼吸される空気中の最大ヒューム含有量を低減することをこれが必要としないために、ＣｒＶＩの最大許容濃度は、多くても１％、すなわち（０．０５／５）×１００でなければならない。１％未満では、したがってＣｒＶＩは呼吸される空気中の許容ヒュームの量を制限する要因ではない。
【０００７】
比較して、三価クロム（ＣｒＩＩＩ）のＡＥＶは０．５ｍｇ／ｍ３であるので、呼吸される空気中の許容ヒュームを低減することを必要としないために、ヒューム中のその最大許容濃度は１０％である。
【０００８】
ステンレス鋼のための従来の溶接製造物を使用して、オペレーターによって呼吸される空気中のヒュームの量およびＣｒＶＩの比率を最大許容値未満に制限するために、溶接工場において、この数を超えると、溶接工場の換気は従来の鋼のための製造物を使用する時に必要とされる換気よりももっとずっと良くなければならない。
【０００９】
従来の被覆電極の調合物を調節することによって、供給源で溶接ヒュームを低減させることができる。このようにこれらの調合物の改良形態は、ヒューム排出機などのしばしば費用がかかる装置を設置する前でも、溶接機の環境において生じた有害な効果を制限する最も有効な方法を構成する。
【００１０】
これは、実施のその容易さのために、被覆電極を使用する溶接方法としてますますそのようであり、本当に有効なヒューム抽出を導入するのが難しいことがある特定の溶接工場または作業場の限られた空間での溶接のために広範囲に使用される。
【００１１】
ヒューム中のＣｒＶＩ生成の原理は、以下の式［１］および［２］によって説明され、電極組成物中に存在している元素ナトリウム（Ｎａ）およびカリウム（Ｋ）とクロム（Ｃｒ）との反応から得られる、例えばＮａ２ＣｒＶＩＯ４、Ｋ２ＣｒＶＩＯ４、ＮａＫ３（ＣｒＶＩＯ４）２またはＫ２ＮａＣｒＶＩＦ６など、元素ＣｒＶＩを含有する特定の有毒な化合物の、溶接中の形成に存する：
２Ｎａ＋Ｃｒ＋２Ｏ２→Ｎａ２ＣｒＶＩＯ４  ［１］
２Ｋ＋Ｃｒ＋２Ｏ２→Ｋ２ＣｒＶＩＯ４  ［２］
ヒューム中に元素ＣｒＶＩを含有するこれらの化合物の含有量を低減するために、文献Ｓ．Ｋｉｍｕｒａ，Ｍ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，Ｔ．ＧｏｄａｉおよびＳ．Ｍｉｍａｔｏ，“Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ  ｏｎ  ｃｈｒｏｍｉｕｍ  ｉｎ  ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  ｓｔｅｅｌ  ｗｅｌｄｉｎｇ  ｆｕｍｅｓ”，Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｊｏｕｒｎａｌ，ｐａｇｅｓ  １９５ｓ−２０３ｓ，Ｊｕｌｙ  １９７９は、電極コーティング調合物中の、元素ＮａおよびＫを含有する全ての成分を除去し、リチウム（Ｌｉ）をベースとした「同等の」成分で置換することを提案した。
【００１２】
このように、電極コーティングのための従来の環境に優しくない調合物中に存在しているＮａまたはＫ長石、例えばＫＡｌＳｉ３Ｏ８またはＮａＡｌＳｉ３Ｏ８を非常に似た性質を有するＬｉ系アルミノケイ酸塩化合物、例えば葉長石ＬｉＡｌＳｉ４Ｏ１０、ユウ輝石ＬｉＡｌ（ＳｉＯ３）２またはユークリプタイトＬｉＡｌＳｉＯ４で置換することも、標準ＮａおよびＫケイ酸塩をＬｉケイ酸塩で置き換えることもどちらも知られている。
【００１３】
しかしながら、ナトリウム系および／またはカリウム系バインダーの代用としてリチウム系バインダーを使用すると、脆い、またはさらに高脆性のコーティングを有する電極をもたらし、電極がしばしば不用意にぶつけられるまたは乱暴に取り扱われる工業環境において、このように作られた電極を使用できなくし、それらが十分に機械的に強靭ではない時にそれらの急速な劣化をもたらすので、この解決策は実施するのが常に難しく、工業的実施として確立することが本当にできなかった。
【００１４】
さらに、ＮａおよびＫをベースとした化合物は、粉末および／または液体ケイ酸塩の形態であるかどうかにかかわらず、製造物にそれらの良いアーク特性、特にアーク安定性および動力学を与えるために、被覆電極のコーティングにおいて慣例的にほとんど自動的に使用される。こういうわけで、ケイ酸リチウムだけに基づいて調合され、したがってＮａおよびＫを含有しない電極は、標準電極の作動溶接性より非常に劣っている作動溶接性を示す。
【００１５】
Ｂｏｅｈｌｅｒ  Ｔｈｙｓｓｅｎ  Ｗｅｌｄｉｎｇグループの技術から得られ、Ｖ．Ｅ．Ｓｐｉｅｇｅｌ−Ｃｉｏｂａｎｕによって出版された文献“Ｅｎｔｗｉｃｋｌｕｎｇ  ｓｃｈａｄｓｔｏｆｆａｒｍｅｒ  ｈｏｃｈ  ｌｅｇｉｅｒｔｅｒ  Ｃｒ−  Ｎｉ−Ｓｃｈｗｅｉｓｓｚｕｓａｔｚｅ−  Ｔｅｉｌ  １：Ｒｅｄｕｋｔｉｏｎ  ｄｅｓ  ＣｒＶＩ−Ｇｅｈａｌｔｓ  ｉｍ  Ｓｃｈｗｅｉｓｓｒａｕｃｈ［高Ｃｒ−  Ｎｉ合金のための底汚染質溶接フィラー線の開発−  第１部：溶接ヒューム中のＣｒＶＩ含有量の低減］”，Ｓｃｈｗｅｉｓｓｅｎ  ｕｎｄ  Ｓｃｈｎｅｉｄｅｎ，５５（４），ｐａｇｅｓ  １９８−２００，Ｍａｙ  ２００３は、特に、それらのコーティングの低い強度のために、ＮａおよびＫを含有しないこのような環境に優しいステンレス鋼電極を製造する難しさを記載しており、標準ステンレス鋼製造物の作動溶接性と比較してそれらのかなり劣った作動溶接性を裏づける。
【００１６】
最後に、元素ＮａおよびＫを含有する成分をＬｉをベースとした「同等の」成分で置換する原理は、ヒューム放出含有量およびヒューム中のＣｒＶＩの量を低下させることで以前から知られているが、文献Ｔ．ＧｒｉｆｆｉｔｈｓおよびＡ．Ｃ．Ｓｔｅｖｅｎｓｏｎ“Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  ｓｔｅｅｌ  ｗｅｌｄｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ  ｈａｖｉｎｇ  ａ  ｌｏｗ  ｌｅｖｅｌ  ｏｆ  ｔｏｘｉｃ  ｃｈｒｏｍｉｕｍ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｆｕｍｅ”，溶接学会第５回国際シンポジウム（Ｔｈｅ  ５ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｊａｐａｎ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｓｏｃｉｅｔｙ），Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｉｎ  Ｗｅｌｄｉｎｇ，Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ａｎｄ  Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ，５ＪＷＳ−ＩＶ−３，Ｔｏｋｙｏ，Ａｐｒｉｌ  １９９０だけが、Ｌｉケイ酸塩および化合物だけから調合されて強靭なコーティングを有し、低いヒュームおよびＣｒＶＩ放出で、「良好」と言われる運転性質を有するステンレス鋼電極の製造を記載する。
【００１７】
しかしながら、実際は、これらの電極の運転性質は「平滑融合」電極と言われるそれらのルチル型電極よりも非常に劣っていることがわかっており、その結果、その文献の出版以来、このタイプの電極はステンレス鋼電極市場に登場していない。
【００１８】
さらに、文献Ｄ．Ｏ’ＤｏｎｎｅｌｌおよびＲ．Ｂｉｓｈｅｌ，“Ｓｔａｂｌｅ  ｌｏｗ  ｆｕｍｅ  ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  ｓｔｅｅｌ  ｗｅｌｄｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ”，Ｉｎｃｏ  Ａｌｌｏｙｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｃ．，１９９１および米国特許第５，１２４，５３０号明細書ならびに文献Ｋｏｉｋｅ  Ｈｉｒｏｙｕｋｉ，“Ｃｒ−ｃｏｎｔａｉｎｅｄ  ｃｏａｔｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ”，新日本製鐵株式会社，１９８９および特開１２４９２９７号公報それら自体は、単に、Ｎａ、ＫおよびＬｉをベースとした混合ケイ酸塩の使用によってヒューム放出を低減したステンレス鋼電極を提案する。
【００１９】
しかしながら、Ｎａ、ＫおよびＬｉをベースとした混合ケイ酸塩の使用は、上述の式［１］および［２］の機構に従って六価クロムの不可避的な形成をもたらすＮａおよびＫ元素の存在のために、ヒューム中のＣｒＶＩ含有量を十分に低下させない。
【００２０】
さらに、いくつかの他の刊行物が溶接中のヒューム放出を扱っており、以下の文献を示して言及されてもよい：
−  Ｇ．Ｃａｒｔｅｒ，“Ｔｈｅ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  ｂａｓｉｃ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ｃｏａｔｉｎｇ  ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ  ｏｎ  ｆｕｍｅ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｒａｔｅ  ａｎｄ  ｉｎ  ｍａｎｕａｌ  ｍｅｔａｌ  ａｒｃ  ｗｅｌｄｉｎｇ  ｏｆ  ｓｔｅｅｌ”，Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  Ｍｅｍｂｅｒｓ  Ｒｅｐｏｒｔ  ３１９，１９８６；
−  Ｊ．Ｄｅｎｎｉｓ，Ｍ．Ｆｒｅｎｃｈ，Ｐ．Ｈｅｗｉｔｔ，Ｓ．ＭｏｒｔａｚａｖｉおよびＡ．Ｒｅｄｄｉｎｇ，“Ｃｏｎｔｒｏｌ  ａｎｄ  ｏｃｃｕｐａｔｉｏｎａｌ  ｅｘｐｏｓｕｒｅ  ｔｏ  ｈｅｘａｖａｌｅｎｔ  ｃｈｒｏｍｉｕｍ  ａｎｄ  ｏｚｏｎｅ  ｉｎ  ｔｕｂｕｌａｒ  ｗｉｒｅ  ａｒｃ  ｗｅｌｄｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ  ｂｙ  ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｐｏｔａｓｓｉｕｍ  ｂｙ  ｌｉｔｈｉｕｍ  ｏｒ  ｂｙ  ａｄｄｉｔｉｏｎ  ｏｆ  ｚｉｎｃ”，Ａｎｎ．Ｏｃｃｕｐ．Ｈｙｇ．，Ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．１，ｐｐ．３３−４２，２００２；
−  Ｔ．Ｇｒｉｆｆｉｔｈｓ，“Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  ｓｔｅｅｌ  ｗｅｌｄｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ  ｈａｖｉｎｇ  ａ  ｌｏｗ  ｌｅｖｅｌ  ｏｆ  ｔｏｘｉｃ  ｃｈｒｏｍｉｕｍ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｆｕｍｅ”，Ｓｔｒａｓｂｏｕｒｇ  ｓｅｍｉｎａｒ  ｏｎ  ｗｅｌｄｉｎｇ  ｆｕｍｅ：ｅｆｆｅｃｔｓ，ｃｏｎｔｒｏｌ  ａｎｄ  ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，Ｐａｐｅｒ  ６，Ａｂｉｎｇｄｏｎ，ＵＫ，Ｔｈｅ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，１９９１；
−  Ｃ．Ｂｏｎｎｅｔ，Ｐ．Ｒｏｕａｕｌｔ，Ｂ．Ｌｅｄｕｅｙ，Ｆ．ＲｉｃｈａｒｄおよびＥ．Ｂａｕｎｅ，“Ａｍｅｌｉｏｒａｔｉｏｎ  ｄｅ  Ｉ’ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ  ｄｕ  ｓｏｕｄｅｕｒ  ｐａｒ  ｌｅ  ｂｉａｉｓ  ｄｅ  ｌａ  ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ  ｄｅｓ  ｃｏｎｓｏｍｍａｂｌｅｓ  ｄｅ  ｓｏｕｄａｇｅ［溶接材料の調合による溶接機の環境の改良］”、Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ６ｔｈ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ“Ｓｏｕｄａｇｅ  ｅｔ  Ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｌｌｅ［溶接および工業の展望］”，Ｔｏｕｒｓ，Ｆｒａｎｃｅ，２１−２５  Ｏｃｔｏｂｅｒ，２００２；および
−  Ｅ．Ｂａｕｎｅ，Ｂ．Ｌｅｄｕｅｙ，Ｆ．ＲｉｃｈａｒｄおよびＰ．Ｒｏｕａｕｌｔ，“Ｌｅ  ｓｏｕｄａｇｅ  ｄｅｓ  ａｃｉｅｒｓ  ｉｎｏｘｙｄａｂｌｅｓ  ａ  ｔｒａｖｅｒｓ  ｄｅｓ  ｅｘｅｍｐｌｅｓ  ｄｅ  ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ  ｄｅｓ  ｃｏｎｓｏｍｍａｂｌｅｓ  ｅｔ  ｄｅｓ  ｇａｚ［消耗品およびガスの開発例によるステンレス鋼の溶接］”、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＣＩＭＡＴＳ  Ｃｏｌｌｏｑｕｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｌ，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｂｅｌｆｏｒｔ  Ｍｏｎｔｂｅｌｉａｒｄ，１３  Ｄｅｃ．２００２。
【００２１】
また、欧州特許出願第ＥＰ１５７０９４４Ａ１号明細書には、調合物中のアルカリ金属元素ＮａおよびＫを含有する全ての成分を除き、それらをリチウム（Ｌｉ）をベースとした「同等の」成分で置換する従来の解決策に基づいている調合手段が開示されている。
【００２２】
特に、通常存在しているＮａ系およびＫ系化合物（ＫＡｌＳｉ３Ｏ８およびＮａＡｌＳｉ３Ｏ８）は、例えばユウ輝石（ＬｉＡｌ（Ｓｉ２Ｏ６））、葉長石（ＬｉＡｌＳｉ４Ｏ１０）またはユークリプタイト（ＬｉＡｌＳｉＯ４）などの同等のまたは同様なＬｉ系化合物で置き換えられる。
【００２３】
これらの電極は低ヒュームおよびＣｒＶＩ放出においてすぐれた性能をもたらすが、しかしながら、標準「ルチル平滑融合」電極、すなわち元素ＮａまたはＫを通例含有する単一コーティングを有する電極ほど、作動溶接性およびコーティング強度に関してそれらは依然として満足なものになっていないので、さらに改良される必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
最新技術を考えれば、生じる課題は、特に、それらのアーク、特にアーク開始および安定化、ビード外観およびスラグ剥離特性に関してこのタイプの電極の要件に従ってコーティングの頑強性および或るレベルの作動溶接性を得ながら、標準的な従来のステンレス鋼電極に対してヒューム放出含有量およびヒューム中のＣｒＶＩ含有量を低減させることができるようにステンレス鋼を溶接することを目的とする被覆電極を改良する方法である。
【００２５】
換言すれば、生じる課題は、ステンレス鋼を溶接することを目的とする、平滑融合ルチル型の、強靭なコーティングを有する環境に優しい広範な被覆電極調合物を提供することであり、それらは、その化学組成がステンレス鋼の様々な銘柄に関する規格、特にＥＮ１６００およびＡＷＳ  Ａ５．４規格に従っている堆積金属を（融合後に）をもたらす。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明の解決策は、請求項１に記載の被覆電極である。本発明の文脈内で、与えられた化合物「を含有しない」という用語は、上記化合物が、考察されるコーティング中に意図的に含有されていないことと、理想的には、上記コーティングがそれを全く一切含有しないことを意味すると理解される。しかしながら、不可避的な不純物として微量形態でのこの化合物が存在する可能性は取り除かれないが、望ましくはない。コーティングがそれ故このような化合物の微量を含有する電極は、本発明によって提供される保護範囲内に含まれると考えられる。
【００２７】
場合に応じて、本発明の電極は、以下の技術的特徴の１つまたは複数を備えてもよい：
−  外部コーティングが内部コーティングを完全に覆う。
【００２８】
−  少なくとも１つのアルミノケイ酸塩、特に少なくとも１つのリチウム長石が、ユウ輝石、葉長石およびユークリプタイトから選択される。
【００２９】
−  中心金属コアがステンレス鋼または軟鋼から製造される。
【００３０】
−  コアの直径が１．６〜６ｍｍの間、好ましくは２．５〜５ｍｍの間である。
【００３１】
−  少なくとも１つの押出剤が、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ヒドロキシエチルセルロース、水溶性有機物または樹脂、アルギン酸カルシウム、植物系ポリマー、例えばグアーガム、または他の粘土（Ａｌ２Ｏ３．２ＳｉＯ２．２Ｈ２Ｏの典型的な式を有する）によって形成された群から選択される。
【００３２】
−  外部コーティングは、コーティング全体の少なくとも６０％、好ましくは約６７％に相当し、したがって内部コーティングは、コーティング全体の好ましくは３３％に相当する。
【００３３】
−  外部コーティングは、合金鉄の形態またはマンガン、ニッケル、クロム、モリブデン、鉄、ケイ素、アルミニウム、ニオブ、タンタルおよび銅から選択される単独元素、ならびにそれらのブレンドの形態の１つまたは複数の金属元素のコーティング少なくとも約２０重量％を含み、外部コーティングおよび内部コーティングは、電極の全重量の３５％〜４２％に相当する。
【００３４】
−  外部コーティングは、電極の全重量の２４〜２８％に相当する。
【００３５】
−  内部コーティングは、電極の全重量の１１〜１４％に相当する。
【００３６】
−  外部コーティングおよび／または内部コーティングは、乾燥調合物中、１００μｍ以上の粒度を有する粒子少なくとも４０重量％および４０μｍ以下の粒度を有する微粒子少なくとも１０％から形成される、コーティング粉末の乾燥ブレンドから得られる。
【００３７】
−  外部コーティングおよび／または内部コーティングは、コーティング中の重量％で表される、粉末形態の４〜１８％の炭酸塩、好ましくは８〜１３％の炭酸塩を含有する。
【００３８】
−  上記炭酸塩は、ＣａＣＯ３およびＭｇＣＯ３から選択され、同様な比率で存在していてもよい。
【００３９】
本発明はさらに、以下の工程：
−  金属コアを提供する工程と、
−  上記金属コアの少なくとも一部の周りに内部コーティングの同心押出を実施する工程であって、上記内部コーティングが、少なくとも１つのナトリウム系化合物および／または少なくとも１つのカリウム系化合物を含有する工程と、
−  内部コーティングの少なくとも一部の周りに外部コーティングの同心押出を実施する工程であって、上記外部コーティングがルチルと少なくとも１つのリチウム系化合物とを含有し且つナトリウム長石とカリウム長石とを含有しない工程と、
−  コートされた金属コアを炉内で焼成する工程とを含む、電極を製造するための方法に関する。
【００４０】
好ましくは、外部コーティングの同心押出は、上記外部コーティングが内部コーティングを完全に覆うように実施される。
【００４１】
さらに、本発明は、電極を覆うための内部コーティングおよび外部コーティングの集成体に関し、外部コーティングが、内部コーティングの少なくとも一部を覆い、上記外部コーティングがルチルと少なくとも１つのリチウム系化合物とを含有し且つナトリウム長石とカリウム長石とを含有せず、上記内部コーティングが、少なくとも１つのナトリウム系化合物および／または少なくとも１つのカリウム系化合物を含有する。
【００４２】
場合に応じて、本発明による方法および／または集成体は、本説明において言及される技術的特徴の１つまたは複数を有する内部コーティングおよび／または外部コーティングを含んでもよい。
【００４３】
また、本発明は、本発明による電極を使用して、溶接される１つまたは複数の加工物上に少なくとも１つの溶接継手を製造するステンレス鋼アーク溶接法、およびこのような電極のコーティングに関する。被覆電極のアーク溶接の作動は、その電極の先端を加工物上に接触／摩擦することによってオペレーターが溶接アークを開始する時に始まり、上記電極および上記加工物は溶接発電機と同様に電気設備の一体部分を形成し、これらは、設備のケーブルと接地との組合せによって互いに接続されている。このように生じた強い熱は、電極の先端と主金属とをアークの打撃の中心において溶融させる。次に、金属をアークによって加工物に移す。このように金属は、電極が溶融されることによって消費されるにつれて徐々に加工物上に堆積される。その場合には、オペレーターは、電極の先端を加工物の上の特定の高さに維持すると共にそれを均一な速度で加工物に沿って移動させることによってアークを維持することを確実にしなければならない。溶接箇所が堆積されている間、電極の先端と、溶接される加工物上のアークに隣接した領域とを溶融するために十分な熱量が維持される。
【００４４】
一般的には、アーク溶接のための被覆電極は、通常はコーティングと呼ばれる、付着性の覆いによって囲まれる、コアと呼ばれる電気導電性ロッドであり、その先端から溶接アークが生じる。このようにアークのエネルギーは、一緒に接合される加工物を加熱する手段として使用される。
【００４５】
被覆電極の開発中、金属コアは一般的に、可能な限り、その化学組成が、溶接される主金属の銘柄に相応するように選択される。しかしながら、それは軟鋼、すなわち少量のマンガンを例外として事実上合金元素を含有しないものから製造されてもよく、その場合には所望の銘柄を堆積させるために必須の合金元素は、コーティングによって提供される−これはその場合、「合成」電極と呼ばれる。いずれにせよ、コーティングの合金元素の含有量は、決してゼロではなく、この非ゼロ含有量によって、溶接箇所の機械的性質を改良することができると共に、その組成が堆積される金属の組成に近い合金コアが使用される時に電極の溶融中、金属元素の揮発による減損を補償するか、または軟鋼コアが使用される時に、堆積される金属の組成物を合成するために必要な合金元素を提供することができる。
【００４６】
コーティングは、溶接特性および堆積金属の得られた性質に卓越した影響を与える。その主な役割は、電気的および機械的であるだけでなく、冶金学的である。
【００４７】
コーティング組成物中の成分が提供しなければならない主な機能は、多数ある。成分の大部分は２つ以上の機能を有してもよく、精確な含有量に応じていくつかの成分の組合せが特定の機能を達成することを可能にする場合がある。
【００４８】
このように、様々なコーティング成分は、様々な群、すなわち粉末形態の成分と液体形態の成分とに分類されてもよい。
【００４９】
粉末形態の成分は特に：
−  堆積金属を形成するための薬剤、すなわち遮蔽ガス形成剤とスラグ成分。遮蔽ガス形成剤は、その分解がガス（ＣＯ２、ＣＯ、ＨＦ、Ｈ２、蒸気の形態のＨ２Ｏなど）を生成し、溶接アーク中で移動中の金属を周囲空気から遮蔽する鉱物粉末である。スラグ成分は、アーク中で移動中の金属滴を包むと共に溶接ビード上で固化した時にそれを外部雰囲気から遮蔽するスラグを形成するように変化される鉱物粉末である；
−  脱酸剤、それらは、酸化物および硫化物の形成および次いで形成された酸化物および硫化物の沈降によって溶接箇所の浄化を可能にする鉱物粉末である；
−  アーク開始剤および安定剤、それらは、電極の先端と溶接される加工物との間の溶接アークの開始に役立ちそれを安定に保つ鉱物および金属材料である；
−  合金元素（同じく脱酸剤または還元剤）、それらは、金属コアの成分元素のアーク中での揮発による減損を軽減すると共に溶接ビードを金属元素で強化するか、または電極が軟鋼コアから作られる時に、堆積される金属の組成物を合成するのに役立つ金属材料である；
−  スラグの粘度を調節するための薬剤、それらは、溶融範囲および冷却した時にスラグが固化するのにかかる時間を制御するのを可能にする金属材料および鉱物材料である。特に、強力な界面活性剤であることが確認されている元素は、非常に有効であることがわかる；
−  電極の効率、すなわち堆積金属の質量対溶融コアの質量の比を調節するための薬剤、これらは、電極の堆積速度を調節するための金属材料である；および
−  押出剤、それらは、使用されるバインダーおよび粉末と組合せて、ペーストの良い粘稠度を得ることおよびペーストを押し出す目的のためのそのレオロジー性質をこれによって獲得することを可能にする有機材料である。ペーストの良い粘稠度はしばしば、焼成後に良いコーティング強度を達成することを可能にする。
【００５０】
さらに、液体形態の成分は特にバインダーであり、それらは非常にしばしば、押出を行なうことを可能にするペーストが形成される前にコーティングを構成する乾燥粉末を凝集するために使用される液体ケイ酸塩である。
【００５１】
被覆電極の製造のためのコーティング組成物を構成するブレンドは、以下の工程を含む作業方法において調製される。
【００５２】
コーティング組成物を構成しなければならない乾燥形態の成分を最初に秤量し、ブレンドして均一なブレンドを得る。次に、ミキサー内で乾燥ブレンドを湿潤するためにバインダー（またはいくつかのバインダー）を添加する。
【００５３】
コーティングペーストのレオロジー性質が評価された後、これが形成され、次いで、必要とされる長さに予備切断された、金属コアの周りのコーティングの同心押出が電極圧によって実施される。
【００５４】
したがって、これはコアの周りに押し出されるコーティングの電極同心性またはセンタリングをもたらす。良いセンタリングは、最終製造物の特質のために必要である。次に電極の先端は、コーティングをブラッシングすることによって調製されなければならない。電極の開始先端は通常、製造物の性質に応じて、黒鉛化またはアルミ化によって調製される。
【００５５】
最後に、電極が周囲大気中で予備乾燥された後、それらは炉内で焼成される。この焼成作業は、任意選択により数工程において、約３５０〜５００℃の温度まで実施されてもよい。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
本発明はここで、以下の詳細な説明によっていっそう良く理解される。
【００５７】
低いヒューム放出および低いＣｒＶＩ含有量
ヒューム中の元素ＣｒＶＩを含有する化合物の含有量をかなり低減するために、使用される調合手段は、内部コーティングと外部コーティングとを有する被覆電極を提供する工程と、外部コーティングの調合物中でアルカリ金属元素ＮａおよびＫを含有する全ての成分を除去し、それらをリチウム（Ｌｉ）をベースとした「同等の」成分で置換する解決策をとる工程とに存する。
【００５８】
このように、通常存在しているＮａ系およびＫ系化合物（ＫＡｌＳｉ３Ｏ８およびＮａＡｌＳｉ３Ｏ８）は、外部コーティングにおいて、同等のまたは同様なＬｉ系化合物、例えばユウ輝石（ＬｉＡｌ（Ｓｉ２Ｏ６））、葉長石（ＬｉＡｌＳｉ４Ｏ１０）またはユークリプタイト（ＬｉＡｌＳｉＯ４）などで置き換えられる。
【００５９】
コーティング成分として使用されるこれらの化合物の主な機能は、液体スラグの粘度を制御すること、スラグを形成するのに役立つこと、したがって堆積金属を遮蔽するのに役立つこと、および溶接中にアークを安定化するのに役立つことである。
【００６０】
しかし本発明の文脈内で使用されるケイ酸リチウムの粘度が一般的に非常に低く、すなわち室温（２０℃）で典型的に１５〜５０センチポアズ（ｃｐ）であり、このため従来のＮａおよび／またはＫケイ酸塩の粘度よりもずっと低く、その粘度範囲は典型的に１５０〜６００ｃｐである。本発明の文脈内で使用されるケイ酸リチウムの密度は約１，２である。
【００６１】
したがって、調合物中のアルカリ金属元素ＮａおよびＫを含有する全ての成分を除き、それらをリチウム（Ｌｉ）をベースとした「同等の」成分で置換する従来の解決策の文脈内で推奨されるケイ酸リチウムの高流動性および非常に特殊なレオロジー性質のために、環境に優しいステンレス鋼電極を製造するための方法において様々な段階でかなりの困難が生じる、特に：
−  Ｌｉケイ酸塩の低い粘度は、これの粘着性の不足をもたらし、したがって、一方で、混合／湿潤工程の間にその調製のために使用されるペーストの良い可塑性を得るのが難しくなり、他方で、ペーストを圧縮して押し出すことおよびそれを電極の金属コアの周りに形成することが難しくなる；
−  Ｌｉケイ酸塩の性質は、コーティングの脆化効果を引き起こし、それは最後の電極焼成サイクルの間に起こる。
【００６２】
したがって、このように得られた電極は、それらがパッケージされ、輸送され、その後に工業環境において使用されている間、標準ルチル平滑融合電極ほど機械的観点（衝撃、落下、摩擦、曲げ等）から強くないコーティングを有する。また、これらの電極は、平滑融合タイプの電極よりも低い作動溶接性を示す。
【００６３】
上述の困難を軽減するために、少なくとも１つの外部コーティングと、金属コアと外部コーティングとの間に配置された１つの内部コーティングとを含む複数被覆電極が提案され、そこで外部コーティングはＮａおよびＫ化合物を含有せず、内部コーティングはＮａおよび／またはＫ化合物を含有する。
【００６４】
予期せぬ方法で、電極のコーティング全体の材料において、すなわち内部コーティングおよび外部コーティングを全体的に考える時に少量でさらに含有されるＮａおよびＫ化合物は、上記化合物がコーティング全体に均一に分散されるのではなく大きい比率で、もっぱら主として、電極の中心金属コア付近に配置される時に良い溶接作業性能および頑強性を依然として提供することができる。この方法において、ＮａおよびＫ化合物は、溶接アークの領域にできる限り近くに置かれ、良い作業性能を確実にすることができる。
【００６５】
本発明によって、このように、標準ルチル平滑融合電極によって得られる溶接および強度性能と同様な溶接および強度性能を有しながら、標準ルチル平滑融合電極に対してヒュームおよびＣｒＶＩ放出を低減するように制御されるＮａおよびＫ化合物の空間分布をそのコーティング全体に有する電極を作ることができる。
【００６６】
以下の表１は、３，２ｍｍの直径を有する、３０８Ｌタイプのステンレス鋼から製造される中心コアを有する３０８Ｌ銘柄の電極について、本発明による外部コーティングおよび内部コーティングの製剤ベース（％値の範囲）を説明する。
【００６７】
本発明によれば、電極はまた、２，５ｍｍ、３，２ｍｍ、４，０ｍｍまたは５，０ｍｍの直径を有してもよい。
【００６８】
外部コーティング中のＮａ系およびＫ系化合物の存在は、これらの元素の微量残留物に由来する。事前対策が講じられるにもかかわらず、外部コーティングの調合物は、このため、元素ＮａおよびＫを全く含有しないわけではない場合があり、それらは不可避的であるが意図的に添加されるのではない不純物の形態である。
【００６９】
【表１】
2019527137.tif 000002
【００７０】
以下の表２は、３０８Ｌタイプのステンレス鋼から製造される直径３，２ｍｍの中心コアを有する、３０８Ｌタイプの２つの電極（ＡおよびＢ）について（これらは同じ製剤ベースで、および湿潤のために定量で液体形態で導入される同じケイ酸リチウムから調合される）、長石タイプの選択が、これらの電極によって生成される溶接ヒューム中の六価クロムの量に与える影響を説明する。
【００７１】
製法Ａの電極は先行技術による乾燥粉末のブレンドから調合されるが、製法Ｂの電極は、本発明による乾燥粉末からなり、両方の調合物は、本発明に従ってケイ酸リチウムによって製造される。
【００７２】
パーセンテージ（％）は、当該成分の重量％として表わされる。
【００７３】
【表２】
2019527137.tif 000003
【００７４】
表２において、０，４８％のＬｉ２Ｏ含有量は、もっぱらケイ酸塩によって供給されるＬｉ２Ｏ（乾燥部）であるが、表１において、１〜２％の間のＬｉ２Ｏ含有量は（ケイ酸塩＋ユウ輝石によって供給される全Ｌｉ２Ｏに相当することを指摘しておいてもよいだろう。
【００７５】
表２が示すように、本発明による電極Ｂは、電極Ａの場合の１／３のＣｒＶＩを含有するヒュームをもたらす。ｍｇ／分で表わされるヒューム放出速度を考察するとき、本発明による電極Ｂは、１／４のＣｒＶＩを放出する。
【００７６】
同じく、本発明による電極Ｂのヒューム放出速度は、電極Ａのヒューム放出速度と比較して大幅に低減される。
【００７７】
実際、電極Ｂは、電極Ａにおいて使用されるＮａおよびＫ長石の代わりにユウ輝石から調合される外部コーティングを有するが、内部コーティングは、低いＫ含有量を有する特定のシリコアルミン酸塩としてユウ輝石およびスレート粉末から調合される。
【００７８】
セリサイトとも呼ばれるスレート粉末は、鉱物とコロイド物質との凝集体からなる複数鉱物、変成泥質岩である。その本質的鉱物組成物は、石英、マイカ、クロライト、セリサイトの他、ガーネット、パイライト、アンドゥラサイト（ａｎｄｕｌａｓｉｔｅ）のような鉱物のところどころの箇所／集まりを有する鉄の酸化物を含有する。
【００７９】
本発明によるシリコアルミン酸塩材料としてスレート粉末の使用は、低いＫ含有量を含有しながら同時に良い押出挙動および良い溶接性を確実にする特定の利点を有する。
【００８０】
さらに、本発明の文脈内で、被覆電極を作るための押出剤を考えることもまた有利である。
【００８１】
一般的には、これらは、使用されるバインダーおよび粉末と組合せて、ペーストの良い粘稠度を得ることおよびそれを電極の金属コアの周りに押し出すためにそのレオロジー性質をこれによって獲得することを可能にする有機材料である。
【００８２】
さらに、良いペースト粘稠度は、焼成後に良いコーティング強度を達成することを可能にする。さらに、電極を乾燥させることによって、コーティング内で、押出剤が灰に分解し、その吸湿性の性質は電極に有害であるので、押出剤は適切に判断して選択されなければならない。
【００８３】
本発明の文脈内で、全てこれを考慮しながら、元素ＮａまたはＫを従来より含有する従来の電極コーティングの特定の成分押出剤が、外部コーティングにおいて、これらの元素をいずれも含有しない他の化合物と取り替えられた。
【００８４】
このように、例えばＮａまたはＫアルギン酸塩などのしばしば使用される押出剤を内部および外部コーティングから追放すると共に、それらを本発明による適した押出剤、例えばカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ヒドロキシエチルセルロースまたは任意の他の水溶性有機物または樹脂、アルギン酸カルシウム、植物系ポリマー、例えばグアーガム、タルク（典型的な式３ＭｇＯ．４ＳｉＯ２．Ｈ２Ｏを有する）またはほかの粘土（典型的な式Ａｌ２Ｏ３．２ＳｉＯ２．２Ｈ２Ｏを有する）と取り替えることが、本発明の文脈内で推奨される。
【００８５】
有利には、内部コーティングは、平滑融合タイプの電極の作業溶接性能および耐性性能と同様な作業溶接性能および耐性性能を維持するために、Ｎａおよび／またはＫを含有する少なくとも１つの押出剤を含有してもよい。
【００８６】
これは、表３において、押出剤が先行技術に従ってＮａおよびＫを含有する、単一コーティングを有する平滑融合タイプの電極Ｃと、外部コーティングにおいてＮａ系およびＫ系押出剤をＮａおよびＫを含有しない押出剤と取り替える、本発明による電極Ｄとの間の差によって例示される。電極は３，２ｍｍの同じ直径を有し、Ｌｉケイ酸塩から製造される。
【００８７】
さらに、本発明による環境に優しいステンレス鋼電極調合物を製造するために、外部コーティングにおいて、通常使用されるＮａ系および／またはＫ系バインダーを純粋にＬｉ系のバインダーと取り替えることが有利である。
【００８８】
バインダーは一般的に、押出のために使用されるペーストが形成される前にコーティングを構成する乾燥粉末を凝集するために液体形態で使用される水性ケイ酸塩である。使用されるケイ酸塩の量は、薄いフィルムが粉末粒子間に作られるような量でなければならず、ケイ酸塩が粉末粒子間のブリッジング剤として作用する。
【００８９】
被覆電極のコーティング頑強性
本発明による調合規則に従うことによって、環境に優しいステンレス鋼電極が、焼成された後に強靭なコーティングを有すること、ならびに良好な条件下で工業規模で製造されることが可能である。
【００９０】
開発の段階で製造された電極のコーティング頑強性を定量的に評価するために、いくつかのタイプの試験が実施された：
曲げ試験：電極は、電極直径に応じた直径を有する円柱上で曲げられる。直径２，５ｍｍの電極については、曲げ直径は２３０ｍｍである。直径３，２ｍｍの電極については、曲げ直径は３００ｍｍである。直径４，０ｍｍまたは５，０ｍｍの電極については、曲げ直径は５４０ｍｍである。評価される特徴は、中心コアへのコーティング付着性およびコーティング凝集である；
−  落下試験：この試験は、同じ製造ランから得られた１０の電極を７５ｃｍの高さから金属表面上に連続的に落下させる工程と、１回の落下後に失われるコーティングの重量分率でそれらのコーティングの頑強性を表わす工程とに存する。評価される特徴は、中心コアへのコーティング付着性および耐衝撃性である；
−  振動試験：プラスチック箱は部分的に電極で満たされ（箱の内容積の４０％が空いたままである）、機械化された工業用ふるい装置で２分間振動条件に供される。評価される特徴は耐摩耗性である。
【００９１】
各々の電極について、結果は、以下の関係式によって損失重量を用いて表わされる：
損失重量（％）＝１００×（初期電極重量−最終電極重量）／初期電極重量。
【００９２】
落下および曲げ試験について、各々のタイプの電極について表わされる結果は、当該タイプの１０の電極について計算された平均値に相当する。
【００９３】
振動試験について、電極の直径が何であっても、プラスチック箱の４０％は空のままである。
【００９４】
「環境に優しい」成分、すなわち外部コーティング中のＬｉケイ酸塩、ユウ輝石およびＮａ／Ｋを含有しない化合物ならびに内部コーティング中のＬｉケイ酸塩、ユウ輝石および低いＫ含有量アルミノケイ酸塩の同時的／組合せられた使用は、その機械抵抗が標準電極の機械抵抗と同様であるコーティングを有する本発明によるステンレス鋼電極（Ｂ）をもたらすことを表３に示される結果は示す。
【００９５】
使用されるケイ酸リチウム、そしてまた調合／製造パラメーターも適切に制御することによって、標準的な、環境に優しくない、ステンレス鋼電極のコーティング頑強性と同等であるコーティング頑強性のレベル、すなわち３，２ｍｍ以下のコア直径を有する電極に関して１回の落下後に失われるコーティング約２％未満、さらに約１，５％未満であるコーティング頑強性のレベルを達成できることをこれらの結果は示す。また、溶接する間、電極に沿って広がるアークの熱に暴露される時にコーティングの脆化の兆候は観察されないことに留意することは重要である。このように、溶接する間のコーティングの溶融は、このような平滑融合電極の要件を満たす。
【００９６】
また、曲げ試験は、本発明によるケイ酸リチウムから調合された環境に優しい電極上のコーティングの良い頑強性を裏づけた。
【００９７】
長石およびＮａ／Ｋ系ケイ酸塩から製造される従来のステンレス鋼電極（タイプＡ）と、本発明に従ってその外部コーティングがユウ輝石およびＮａ／Ｋを含有しないＬｉケイ酸塩から製造され、その内部コーティングがユウ輝石および低Ｋシリコアルミン酸塩、特にスレート粉末およびＬｉケイ酸塩から製造されるタイプＢの電極とを使用して交差試験が実施された。表４に示される結果は、タイプＡおよびＢについて同様な耐性を実証する。
【００９８】
表３は、３，２ｍｍの直径を有する、銘柄３０８ＬのタイプＡおよびＢの電極によって得られた結果を示す。
【００９９】
表４は、先行技術または本発明によるコーティング組成物を有する電極の他の銘柄および直径について実施された同様な比較試験の結果を示す。
【０１００】
摩耗または曲げ応力が加えられる時に強靭であり、事実上影響を受けない、本発明による特定のコーティング調合物によって、様々なＬｉ化合物（主にバインダー）によって与えられるコーティング耐性に良くない効果が補償され得ることを結果が実証する。また、線材上へのコーティング付着性は、先行技術の電極に対してわずかに劣っていても、良好である。本発明によるコーティングは、衝撃（落下）に供せられる時に十分に強靭である。
【０１０１】
【表３】
2019527137.tif 000004
【０１０２】
【表４】
2019527137.tif 000005
【０１０３】
被覆電極の作業性能、特に平滑融合およびスラグ剥離
融合は、溶接する間に電極が溶融する仕方を示す。それは、消費される、電極と、溶接される加工物上の溶接プールとの間で起こる溶融コーティングおよび金属液滴の移動を特徴とする。
【０１０４】
主に微細な液滴の移動によって起こる融合は、「平滑融合」と呼ばれる。それは、この場合、わずかなクラックリングが上に重ね合わされる、低音強度の規則的なノイズを特徴とし、溶接機のための明白な作業快適さの徴候である。
【０１０５】
平滑融合は、溶接する間に非常に低量のスパッタを伴う。これらのスパッタ粒子は、それらが存在するとき、非常に微細であり、溶接する間にアークから放出されるかまたは溶接プール内の液体金属液滴のはねかけから生じる金属の量に相当する。
【０１０６】
下向き溶接において、スラグラインは、電極の先端の溶接プール、すなわち液体金属と、表面に浮いている液体スラグとの間の境界を画定するラインである。
【０１０７】
それが溶接プールのサイズを画定するので、スラグラインの形状および安定性が、すぐ下にある溶接ビードの形状および規則性、特に、固化後の溶接ビードの表面上の縦じわの細かさおよび規則性を決定する。
【０１０８】
「平滑融合」電極について、スラグラインは一般的に、アークの基部の後ろの電極の先端に非常に近い。
【０１０９】
したがって、平滑融合電極の調合物は、スラグラインが穏やかで安定して見えるようなものでなければならず、そうでなければそれは溶接機のために障害物となる場合があり、ビード内に表面きず（比較的目立ち不規則に離隔された縦じわ等）を生じさせるかまたは堆積物内にスラグを含有する場合もある。
【０１１０】
一般的には、平滑融合電極の調合物は、安定な融合および安定なスラグラインを得ることを可能にしなければならない。
【０１１１】
溶接する間の作業面を別として、平滑融合ステンレス鋼電極は、以下を特徴とする：
水平すみ肉溶接において、略平らな、または凹形にもなる、ビード外観；
−  規則的に離隔された微細な縦じわ；
−  安定なおよび規則的な溶接ビード；
−  もちろん、溝、スラグ付着、クラックまたはピッティングなどのきずを含まないビード；および
−  その長さ全体にわたるまたは特定の部分にわたる、容易なスラグ剥離、またはさらに自己剥離性スラグ。
【０１１２】
平滑融合ルチル調合物において、例えばＳｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、ＴｅおよびＳなどの界面活性剤元素は、製造物のコーティングの作業性能および／または強度に影響を与えずに良いスラグ剥離を得るために、コーティング内で適切に制御されなければならない。
【０１１３】
また、溶接プール可視度が、作業状態を適切にするために使用される。実際、溶接プールを容易に見ることができる場合、これは、それがスラグに干渉しないことを意味し、それが電極を溶接機によって容易に制御可能にする。
【０１１４】
有利には、良いビード外観は、形状が凹形で、規則的であり、微細な且つ規則的な波しわを有し、銀色であるビードを意味する。
【０１１５】
良いアークストライキングは、電極が加工物によって触れられるとき、アーク点火がすぐに起こることを意味する。また、アークのリストライキング（コールドリストライキングとも呼ばれる）の試験も実施された。溶接プロセスを開始後に、アークが数秒、典型的に７〜１０秒の間止められ、その結果、電極はより低温になる。次に電極が加工物によって触れられる。良いアークリストライキングは、電極を加工物に一度だけぶつけることによって、アーク点火がすぐに起こることを意味する。これは、電極を加工物に数回ぶつけることはコーティングを局部的に破壊し得るので、有利な特徴である。
【０１１６】
３０８Ｌ銘柄から製造された直径３．２ｍｍのコア上に作られた３０８Ｌ銘柄の電極を使用して、平ら且つ水平すみ肉溶接姿勢で比較試験が実施された。１１０Ａの電流の強さを使用。１〜１０の間にわたる尺度で結果を分類して評価を行ない、番号１０は、最も高い達成可能な性能に相当し、すなわち平滑融合、安定なアーク、ほとんどまたは全くスパッタがなく、魅力的、安全な、清浄な、均一な、光沢があり且つ微細な溝がある溶接ビードで、良い湿潤を有する。表４において、タイプＢの電極は、タイプＡの電極よりもすぐれた作業溶接性能を示すことを見ることができる。試験条件を以下に示す。
・  溶接電源：ＦＬＥＸ４０００ＣＥＬ、ＯＣＶ＝８０Ｖ
・  溶接される加工物の基礎材料：３０４Ｌ
・  溶接姿勢：平ら（ＰＡ）および水平すみ肉（ＰＢ）
・  極性：ＤＣ＋
【０１１７】
【表５】
2019527137.tif 000006
【０１１８】
【表６】
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【０１１９】
これらの試験の結果は、２，５、３，２、４，０、および５，０ｍｍの直径をそれぞれ有する電極を使用して溶接するために使用される、８０Ａ、１１５Ａ、１５０Ａ、および２００Ａの電流の強さの値に拡張され得る。３０９Ｌまたは３１６Ｌ銘柄の電極を使用する他の試験は、同様な結果を生じる。各々の電極の直径のための作業条件を表６に示す。
【０１２０】
【表７】
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【０１２１】
試験する間、本発明による電極（タイプＢ）は、非常に安定な且つ平滑な、スパッタを含有しない、アーク金属の移動を示した。ストライクおよびコールドリストライクは良好であった。溶接ビードはほぼ平らであり、微細な且つ規則的な波しわがある、見事な銀色の外観を有する。溶接プールは、溶接する間、非常にきれいで可視的である。スラグの除去は良好であり、自己放出する場合もある。さらに、ヒュームの量の低下が注目された。溶接挙動の評価の結果は、表５に要約される。
【０１２２】
クラッキング現象に対する感度
クラッキング現象は、最も影響を受けやすい可能性がある直径の値、すなわち５，０ｍｍを取り上げることによって調査された。試験は、焼成サイクル後に生じるクラック、同様に乾燥状態、特に動的水損失に焦点を合わせた。
【０１２３】
クラッキング感度は、焼成の瞬間にコーティング中に存在している水分量に強く結びついていることを先行研究は実証した。水分レベルが高くなればなるほど、クラックが生じる確率がいっそう高くなる。したがって、空気乾燥の時間（押出段階と焼成段階との間の時間）の間にコーティングによって放出される水分量が大きくなればなるほど、クラックの除去がいっそう容易になる。
【０１２４】
環境条件が脱水速度に決定的な役割を果たすので、したがってクラックの外観に決定的な役割を果たすので、先行技術による電極（タイプＡ）および本発明による電極（タイプＢ）が、表８に示されるような、異なった温度および相対湿度を特徴とする異なった場所で暴露された。
【０１２５】
表７に示される結果は、本発明によるタイプＢが、先行技術によるタイプＡよりも２倍速い空気乾燥段階の間の水放出速度を事実上可能にすることを示す。さらに、タイプＡシリーズは、かなり長めの空気乾燥時間（タイプＢについての８時間に対して２４時間）および／またはより好適な暴露条件、すなわち乾燥したスペースを必要とする。これらの条件においても、クラッキングのリスクは高いままである。
【０１２６】
４８時間の空気乾燥時間の標準条件において、タイプＢについて、非常に低いクラッキングのリスクが予想される。さらに、達成可能ないっそう短い空気乾燥時間は、生産中の（ＷＩＰ）低減をもたらす。実際、電極は押し出されてそれらはまだ炉内で焼成されるのを待っている；押出段階と焼成段階との間の時間が短くなればなるほど、効率はいっそう高くなり、生産効率に適切な好ましい効果を与える。
【０１２７】
【表８】
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【０１２８】
【表９】
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【国際調査報告】
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